DE1171643B - Device for the detection of a gas in a gas mixture - Google Patents
Device for the detection of a gas in a gas mixtureInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #07¥W PATENTAMT Internat. Kl.: GOIn FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN # 07 ¥ W PATENTAMT Internat. Kl .: GOIn
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Deutsche Kl.: 421-4/08 German class: 421-4 / 08
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E 22455 IXb/421
23. Februar 1962
4. Juni 1964E 22455 IXb / 421
February 23, 1962
4th June 1964
Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Nachweis des Vorhandenseins eines katalytisch verbrennbaren Gases in einem Gasgemisch durch thermoelektrische Messung des Temperaturanstieges, welchen ein katalytisch aktiviertes Element infolge der Verbrennung des verbrennbaren Gases an diesem erfährt, wenn das Element dem Gasgemisch ausgesetzt wird.The invention relates to a device for detecting the presence of a catalytically combustible Gas in a gas mixture by thermoelectric measurement of the temperature rise, which is a catalytic activated element as a result of the combustion of the combustible gas experiences when the Element is exposed to the gas mixture.
Derartige Nachweisgeräte, die auf der thermoelektrischen Messung eines durch die katalytische Verbrennung des nachzuweisenden Gases bedingten Temperaturanstieges beruhen, sind an sich bekannt.Such detection devices based on the thermoelectric measurement of a through the catalytic Combustion of the gas to be detected due to temperature rise are known per se.
So ist beispielsweise eine Anordnung dieser Art bekannt, bei welcher die Temperatur einer katalytischen Masse mit Hilfe einer Thermoelementschaltung nachgewiesen wird; die für die Nulleinstellung des Gerätes erforderliche Unterdrückung derjenigen Thermospannung, welche der Aufheizung der katalytischen Masse auf die erforderliche Aktivierungstemperatur entspricht, kann grundsätzlich auf verschiedene Art und Weise erfolgen, auf mechanischem oder elektrischem Wege. Bei der erwähnten bekannten Anordnung, bei welcher die Ausgangsspannung des Thermoelements einem empfindlichen Milliamperemeter zugeführt wird, erfolgt die Unterdrückung dieser der Aktivierungstemperatur entsprechenden Thermospannung auf elektrischem Wege, wofür ebenfalls an sich verschiedene Möglichkeiten bestehen: Entweder kann der elektromotorischen Kraft des Thermoelements eine entsprechende Vorspannung gegengeschaltet werden, derart, daß der Stromfluß durch das als Meß- und Anzeigeinstrument dienende Milliamperemeter der Differenz zwischen der tatsächlichen Thermoelementspannung und der Vorspannung entspricht; alternativ kann dem durch die Thermospannung bewirkten Stromfluß durch das Meßgerät ein geeigneter Gegenstrom entgegengeschaltet werden, derart, daß das Meßgerät auf die Differenz dieser beiden Ströme anspricht.For example, an arrangement of this type is known in which the temperature of a catalytic Earth is detected using a thermocouple circuit; the one for the zero setting of the device required suppression of the thermal voltage that causes the heating the catalytic mass to the required activation temperature can basically be done in different ways, mechanically or electrical way. In the aforementioned known arrangement in which the output voltage of the thermocouple is fed to a sensitive milliammeter, the suppression takes place this thermal voltage corresponding to the activation temperature by electrical means, There are also various possibilities for this: Either the electromotive Force of the thermocouple, a corresponding bias voltage are switched in such a way that the Current flow through the milliammeter, which is used as a measuring and display instrument, shows the difference between corresponds to the actual thermocouple voltage and bias voltage; alternatively, this can be done through the thermoelectric voltage caused the flow of current through the measuring device, a suitable countercurrent switched in the opposite direction such that the meter responds to the difference between these two currents.
Die zur Erzeugung der Gegenspannung bzw. des Gegenstroms erforderliche Spannungsquelle muß naturgemäß mit der Thermoelementschaltung verbunden werden; dies hat die Beaufschlagung des Thermoelements mit einem zusätzlichen Strom zur Folge, welcher über die heiße Lötstelle des Thermoelements fließt und auf Grund des bekannten Peltier-Effekts je nach der Stromrichtung an der Thermoelementlötstelle entweder Wärme frei macht oder absorbiert, wodurch die Anzeige der wahren Temperatur der katalytischen Masse beeinträchtigt wird.The voltage source required to generate the counter-voltage or the counter-current must naturally connected to the thermocouple circuit; this has the impact of the Thermocouple with an additional current which flows over the hot solder joint of the thermocouple flows and due to the well-known Peltier effect depending on the current direction at the thermocouple soldering point either liberates or absorbs heat, thereby displaying the true temperature the catalytic mass is impaired.
Es ist ferner bereits auch bekannt, bei dem geschilderten Gerät ein zweites Thermoelement zur Berücksichtigung
von Schwankungen der Umgebungs-Gerät zum Nachweis eines Gases in einem
GasgemischIt is also already known to use a second thermocouple in the device described to take account of fluctuations in the ambient device for detecting a gas in one
Gas mixture
Anmelder:Applicant:
The English Electric Company Limited, LondonThe English Electric Company Limited, London
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,Dipl.-Ing. C. Wallach, patent attorney,
München 2, Kaufingerstr. 8Munich 2, Kaufingerstr. 8th
temperatur in Reihe mit dem ersten Thermoelement zu betreiben.temperature to operate in series with the first thermocouple.
Schließlich sind auch bereits Geräte bekannt, bei welchen ebenfalls zwei Thermoelemente in Gegeneinanderschaltung Anwendung finden, wobei jedoch das zweite Thermoelement nicht zur Berücksichtigung von Schwankungen der Umgebungstemperatur dient, sondern zur Erzielung der obenerwähnten Nullstellung, d. h. zur Kompensation der der Aktivierungstemperatur der katalytischen Masse entsprechenden Thermospannung.Finally, devices are also already known in which two thermocouples are connected against one another Are used, but the second thermocouple is not taken into account of fluctuations in the ambient temperature, but to achieve the above-mentioned zero position, d. H. to compensate for the activation temperature of the catalytic mass corresponding Thermoelectric voltage.
Die Erfindung betrifft somit ein Gerät zum Nachweis des Vorhandenseins eines' katalytisch verbrennbaren Gases in einem Gasgemisch durch thermoelektrische Messung des Temperaturanstieges, welchen ein katalytisch aktiviertes Element infolge der Verbrennung des verbrennbaren Gases an diesem erfährt, wenn das Element dem Gasgemisch ausgesetzt wird, über die Temperatur eines gleichartigen, ebenfalls dem Gemisch ausgesetzten, jedoch nicht aktivierton Elements. Durch die Erfindung sollen die geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen vermieden und eine bei möglichst geringem apparativem Aufwand genaue, zuverlässige und störsichere Funktion derartiger Anzeigegeräte gewährleistet werden.The invention thus relates to a device for detecting the presence of a 'catalytically combustible Gas in a gas mixture by thermoelectric measurement of the temperature rise, which a catalytically activated element experiences as a result of the combustion of the combustible gas, if the element is exposed to the gas mixture, above the temperature of a similar one, likewise elements exposed to the mixture but not activated. The invention is intended to provide the described Disadvantages of the known arrangements avoided and one with the least possible outlay on equipment accurate, reliable and interference-free function of such display devices can be guaranteed.
409 598/352409 598/352
Zu diesem Zweck wird ein derartiges Gerät gemäß der Erfindung in der Weise ausgebildet, daß die beiden Elemente in Behältern mit einer porösen Wandung angeordnet sind, durch welche das katalytisch verbrennbare Gas hindurchdiffundieren kann, daß jedes der beiden Elemente eine elektrische Heizwicklung aufweist, welche jeweils auf einem Tragglied bzw. Träger mit gutem Wärmeübergang zu einem Thermoelement angeordnet sind, wobei in dem aktiven Element die Heizwicklung in einem katalytisch aktiven Material eingebettet ist, daß die beiden Heizwicklungen elektrisch in Reihe geschaltet und aus einer gemeinsamen Stromquelle gespeist werden und daß die beiden Thermoelemente in einem elektrisch von dem Kreis der Heizwicklungen getrennten Stromkreis in Reihe gegeneinander geschaltet sind.For this purpose, such a device is designed according to the invention in such a way that the both elements are arranged in containers with a porous wall, through which the catalytically combustible gas can diffuse through that each of the two elements has an electrical heating coil has, which each on a support member or carrier with good heat transfer to a thermocouple are arranged, wherein in the active element, the heating coil in a catalytic active material is embedded that the two heating windings are electrically connected in series and are fed from a common power source and that the two thermocouples in one electrical from the circuit of the heating coils separate circuit are connected in series against each other.
Durch die an sich bekannte Gegeneinanderschaltung zweier Thermoelemente werden die eingangs erwähnten Schwierigkeiten, wie sie bei der Nullpunktkompensation mittels einer äußeren Gegenspannungsquelle auftreten, zuverlässig vermieden. Wesentlich ist ferner für die vorliegende Erfindung das Merkmal der vollkommenen elektrischen Isolierung zwischen dem Stromkreis der Heizwicklungen einerseits und dem Stromkreis der Thermoelemente andererseits; hierdurch wird ebenfalls eine Beaufschlagung der Thermoelemente mit einem zusätzlichen, durch eine äußere Spannungsquelle verursachten Strom und die hiermit verbundene Beeinträchtigung der Anzeigegenauigkeit als Folge des Peltier-Effekts zuverlässig vermieden.By connecting two thermocouples against each other, which is known per se, the above-mentioned Difficulties such as those encountered when compensating for the zero point by means of an external source of counter voltage occur reliably avoided. The feature is also essential for the present invention the perfect electrical insulation between the circuit of the heating coils on the one hand and the circuit of the thermocouples, on the other hand; this also means that the Thermocouples with an additional current caused by an external voltage source and the associated impairment of the display accuracy as a result of the Peltier effect reliably avoided.
Im Hinblick auf den häufigsten Anwendungszweck derartiger Geräte, nämlich zur Überwachung einer Gasatmosphäre auf ihren Gehalt an einer gefährlichen Gaskomponente, beispielsweise die Kohlenstoffmonoxydüberwachung im Bergbau, kommt der unbedingten Gewährleistung der Betriebsbereitschaft eines derartigen Gerätes bzw. der sofortigen Anzeige einer Störung des Gerätes eine ganz erhebliche Bedeutung zu.With regard to the most common use of such devices, namely for monitoring a Gas atmosphere for its content of a dangerous gas component, for example the carbon monoxide monitoring in mining, comes the unconditional guarantee of the operational readiness of such a device or the immediate notification a malfunction of the device is of great importance.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Anzeige einer Leitungsunterbrechung in dem die Heizwicklungen enthaltenden Stromkreis, welche einen Spannungsteiler parallel zu den Heizwicklungen aufweist, sowie eine elektrische Warnvorrichtung vorgesehen, welche in Reihe mit einer nicht linearen Impedanz zwischen einem Verbindungspunkt der beiden Heizwicklungen und einer Anzapfung des Spannungsteilers liegt, derart, daß die Warnvorrichtung nur dann betätigt wird, wenn die an der nicht linearen Impedanz abfallende Spannung infolge einer Leitungsunterbrechung im Stromkreis der Heizwicklungen über einen vorgegebenen hohen Wert ansteigt. Vorzugsweise kann dabei die nicht lineare Impedanz zwei mit entgegengesetzter Polung parallel zueinander geschaltete Dioden aufweisen. Zur Überprüfung der Warnvorrichtung auf ihre Funktionsbereitschaft kann ein Schalter vorgesehen sein, mit Hilfe dessen ein Teil der Spannungsteilerschaltung kurzzeitig kurzgeschlossen werden kann, derart, daß die gleiche Wirkung wie bei einer Leitungsunterbrechung im Stromkreis der Heizwicklungen hervorgerufen und die Warnvorrichtung ausgelöst wird.According to a preferred embodiment of the invention, there is therefore a device for display an open circuit in the circuit containing the heating coils, which has a Has voltage divider parallel to the heating windings, and an electrical warning device is provided, which in series with a non-linear impedance between a connection point of the two heating windings and a tap of the voltage divider is such that the warning device is only actuated when the voltage dropping across the non-linear impedance is due to a line break in the circuit of the heating coils rises above a predetermined high value. Preferably, the non-linear impedance can be two parallel with opposite polarity have mutually connected diodes. A switch can be provided to check that the warning device is functional The help of which part of the voltage divider circuit can be short-circuited for a short time in such a way that produces the same effect as a line break in the circuit of the heating coils and the warning device is triggered.
Die Anzeige des jeweiligen Gasgehaltes kann durch Messung der Ausgangsspannung der Thermoelementschaltung direkt erfolgen. Darüber hinaus kann jedoch auch eine weitergehende Verwendung der Ausgangsspannung der Anzeigevorrichtung erwünscht sein, beispielsweise zu einer Schwellwertnachweisvorrichtung, bei welcher beispielsweise eine optische oder akustische Anzeige erfolgt, sobald der Gasgehalt einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Zu diesem Zweck ist gewöhnlich eine Verstärkung der von den Thermoelementen abgegebenen resultierenden Thermospannung in elektrischen Verstärkervorrichtungen erforderlich. Nach einer bevorzugtenThe respective gas content can be displayed by measuring the output voltage of the thermocouple circuit take place directly. In addition, however, a more extensive use of the output voltage can also be used the display device may be desired, for example a threshold value detection device, in which, for example, there is an optical or acoustic display as soon as the gas content is reached exceeds a certain threshold. For this purpose there is usually a reinforcement of the resulting thermal voltage emitted by the thermocouples in electrical amplifier devices necessary. According to a preferred
xo Ausführungsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die Verstärkervorrichtung zwei elektrische Verstärkerstufen mit einer positiven Rückkopplung vom Ausgang der zweiten Verstärkerstufe zum Eingang der ersten Verstärkerstufe aufweist, derart, daß das Ausgangssignal der zweiten Verstärkerstufe sich sprungartig um einen erheblichen Betrag ändert, wenn das in Abhängigkeit von der resultierenden Thermospannung dem Eingangskreis der ersten Verstärkerstufe zugeführtd Signal über einen vorgegebenen Wert ansteigt, welcher ein Maß für eine vorgegebene hohe Konzentration des brennbaren Gases in dem Gasgemisch darstellt.xo embodiment of the invention it is provided that the amplifier device has two electrical amplifier stages with positive feedback from the output of the second amplifier stage to the input the first amplifier stage, such that the output signal of the second amplifier stage changes abruptly by a substantial amount, if that depends on the resulting Thermal voltage fed to the input circuit of the first amplifier stage via a predetermined signal Value increases, which is a measure of a given high concentration of the combustible gas represents in the gas mixture.
Durch diese spezielle Ausführung der Verstärkervorrichtung wird eine sprunghafte, zur Betätigung geeigneter Relaisvorrichtungen od. dgl. geeignete Änderung der Verstärkerausgangsgröße bei Übersteigen eines vorgegebenen Schwellwerts der Gaskonzentration erreicht.This special design of the amplifier device makes it possible to actuate it abruptly suitable relay devices or the like. Suitable change of the amplifier output when exceeded a predetermined threshold value of the gas concentration is reached.
Die Ausgangsgröße dieser Verstärkervorrichtung kann beispielsweise in an sich bekannter Weise zur Betätigung eines Alarmgebers dienen, wobei der Alarmgeber dann und nur dann ausgelöst wird, wenn das Ausgangssignal der zweiten Verstärkerstufe sich in der genannten Weise sprunghaft um den vorgegebenen Betrag ändert.The output variable of this amplifier device can, for example, be used in a manner known per se Actuation of an alarm device are used, the alarm device being triggered if and only if the output signal of the second amplifier stage in the aforementioned manner by leaps and bounds by the specified Amount changes.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, daß der Alarmgeber im Ausgangskreis der zweiten Verstärkerstufe angeordnet ist und daß im Eingangskreis der ersten Verstärkerstufe eine Phasenumkehrverstärkerschaltung vorgesehen ist, deren Eingangskreis mit dem Thermoelementstromkreis verbunden ist, derart, daß eine Auslösung des Alarmgebers als Folge einer Leitungsunterbrechung in dem Thermoelementstromkreis vermieden wird.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided in this context that the alarm device is arranged in the output circuit of the second amplifier stage and that in the Input circuit of the first amplifier stage a phase reversing amplifier circuit is provided, the input circuit is connected to the thermocouple circuit, so that a triggering of the alarm as a result of a line break in the thermocouple circuit is avoided.
Die jeweils ein Thermoelement enthaltenden thermoelektrischen Fühleinrichtungen können in an sich bekannter Weise so ausgebildet sein, daß jedes der beiden Thermoelemente zwei Drähte aus verschiedenen Metallen aufweist, welche koaxial angeordnet und an ihren stirnseitigen Enden unter Bildung der warmen Lötstelle miteinander verlötet sind, daß der Träger bzw. das Tragglied jeweils eine mittels Erwärmung eng sitzend um die Drähte und die heiße Lötstelle herum erzeugte Glasrohre aufweist, daß die Drähte an den Enden des Glasrohrs hervorstehen und daß die Heizwicklung jeweils um das betreffende Glasrohr herumgewickelt ist.The thermoelectric ones, each containing a thermocouple Sensing devices can be designed in a manner known per se so that each of the two thermocouples has two wires made of different metals, which are arranged coaxially and are soldered together at their front ends to form the warm solder joint that the Carrier or the support member each one tightly fitting around the wires and the hot one by means of heating Soldered around produced glass tubes that the wires protrude at the ends of the glass tube and that the heating coil is wound around the respective glass tube.
Sowohl das aktivierte wie das nicht aktivierte EIement können dabei in bekannter Weise jeweils ein Basis- oder Fußteil aufweisen, welches die Heizwicklung, das Drahtglied und das Thermoelement des betreffenden Elements haltert; zur einwandfreien elektrischen Isolierung der Heizwicklungskreise von den Thermoelementkreisen, welche nach dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zur Erzielung einer guten Anzeigegenauigkeit unerläßlich ist, kann dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derBoth the activated and the non-activated element can each have a base or foot part in a known manner, which the heating winding, holding the wire link and thermocouple of the element concerned; for impeccable electrical insulation of the heating coil circuits from the thermocouple circuits, which according to the basic idea of the present invention is indispensable for obtaining good display accuracy according to a preferred embodiment of the
Erfindung vorgesehen sein, daß die Heizwicklung, das Tragglied und das Thermoelement jeweils mittels der Zuleitungsdrähte zu der Heizwicklung und dem Thermoelement, welche unmittelbar durch das Fußteil hindurchführen und in diesem befestigt sind, an dem Fußteil gehaltert sind.Invention be provided that the heating coil, the support member and the thermocouple each means the lead wires to the heating coil and the thermocouple, which go directly through the foot part pass through and are fixed in this, are supported on the foot part.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen eines auf brennbares Gas ansprechenden Gasspürgerätes gemäß der Erfindung zum Nachweis kleiner Mengen von Methan in der Gasatmosphäre eines Kohlenbergwerks. Die Beschreibung erfolgt an Hand der Zeichnung; in dieser zeigtFurther advantages and details of the invention emerge from the following description of FIG Embodiments of a gas detector responsive to combustible gas according to the invention for the detection of small amounts of methane in the gas atmosphere of a coal mine. The description takes place on the basis of the drawing; in this shows
Fig. 1 ein elektrisches Schaltschema des Geräts, Fig. 2 in teilweise geschnittener Seitenansicht eine1 shows an electrical circuit diagram of the device, FIG. 2 shows a partially sectioned side view
Ausführungsform einer auf Methan ansprechenden Vorrichtung zur Verwendung in dem Gerät nachEmbodiment of a methane responsive device for use in the device according to
F i g. 3 in teilweise geschnittener Seitenansicht eine Einheit, in welcher die in Fig. 2 dargestellte Anordnung zur Verwendung in dem Gerät untergebracht ist,F i g. 3, in a partially sectioned side view, a unit in which the arrangement shown in FIG is housed for use in the device,
F i g. 4 bzw. 5 in jeweils geschnittener Seiten- bzw. Stimansicht eine weitere Ausführungsform einer auf Methan ansprechenden Vorrichtung zur Verwendung in dem Gerät, mit der in den Figuren angegebenen Blickrichtung.F i g. 4 and 5, in each case in a sectional side or end view, show a further embodiment of a Methane responsive device for use in the device with the one indicated in the figures Direction of view.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist das Gerät zwei elektrisch gleichartige Platindrahtwiderstände oder -heizelemente 10,11 auf, die in Reihe liegen und aus einer Batterie 12 gespeist werden. Die Widerstände 10, 11 sind in zwei getrennten, gleichartigen, verschlossenen Behältern bzw. Gehäusen untergebracht, deren jeder ein poröses Keramikrohr 13 und an den Stirnseiten des Rohrs befestigte Abschlußkappen 14 aufweist.As can be seen from Fig. 1, the device has two electrically similar platinum wire resistors or heating elements 10, 11, which are in series and off a battery 12 are fed. The resistors 10, 11 are in two separate, similar, closed Housed containers or housings, each of which has a porous ceramic tube 13 and to the Has end caps 14 attached to the end faces of the tube.
Den Widerständen 10, 11 sind zwei gleichartige Thermoelemente 15, 16 zugeordnet, die in gutem thermischem Kontakt mit den Widerständen stehen, jedoch elektrisch von ihnen isoliert sind. In der Zeichnung sind die Thermoelemente lediglieh aus Gründen der Übersichtlichkeit in Abstand von den Widerständen angeordnet gezeichnet.The resistors 10, 11 are assigned two similar thermocouples 15, 16, which in good are in thermal contact with the resistors, but are electrically isolated from them. In the The thermocouples are only shown at a distance from the drawing for the sake of clarity Drawn resistors arranged.
Der Platindraht des Widerstandes 10 ist vom aktivierten Typ, d. h., an seiner Oberfläche haftet eine große Anzahl kleiner Platinpartikelchen, die bei Anwesenheit von Methan in der den Widerstand umgebenden Gasatmosphäre durch katalytische Wirkung die Verbrennung des Methans an dem Widerstand fördern, wodurch der Widerstand erwärmt wird. Der Widerstand 10 stellt somit das auf Methan ansprechende Element des Gerätes dar.The platinum wire of resistor 10 is of the activated type; that is, an adheres to its surface large number of small platinum particles, which in the presence of methane in the surrounding resistance Gas atmosphere by catalytic effect the combustion of the methane at the resistor promote, whereby the resistor is heated. The resistor 10 thus represents the methane-responsive one Element of the device.
Der Platindraht des Widerstandes 11 ist nicht aktiviert und wird daher durch die Anwesenheit von Methan in direktem Kontakt im wesentlichen nicht beeinflußt. Der Widerstand 11 bildet das Temperaturkompensationselement des Gerätes.The platinum wire of the resistor 11 is not activated and is therefore activated by the presence of Methane in direct contact is essentially unaffected. The resistor 11 forms the temperature compensation element of the device.
Die Porösität der Keramikröhren 13 der geschlossenen Behälter ist so gewählt, daß in der Atmosphäre außerhalb der Behälter befindliche Gase leicht in die geschlossenen Behälter eindiffundieren können, und zwar mit ausreichender Geschwindigkeit, daß die Verbrennung des Methans an dem auf Methan ansprechenden Widerstand 10 mit einer dem Methangehalt in der Atmosphäre außerhalb der Behälter entsprechenden Geschwindigkeit vor sich gehen kann und ohne daß jedoch eine nennenswerte Änderung des Gasdruckes im Innern des den Widerstand 10 umgebenden geschlossenen Behälters hervorgerufen wird.The porosity of the ceramic tubes 13 of the closed container is chosen so that in the atmosphere Diffuse gases outside the container easily into the closed container can, and with sufficient speed, that the combustion of the methane at the on Methane-responsive resistor 10 with a methane content in the atmosphere outside the container corresponding speed can go ahead and without, however, a significant change caused by the gas pressure inside the closed container surrounding the resistor 10 will.
Die Thermoelemente sind so in Reihe geschaltet, daß ihre elektromotorischen Kräfte einander entgegengesetzt gerichtet sind. Da die Thermoelemente gleiche elektrische Eigenschaften haben, besitzt bei Abwesenheit von Methan die von den beiden Thermoelementen erzeugte resultierende elektromotorischeThe thermocouples are connected in series so that their electromotive forces oppose each other are directed. Since the thermocouples have the same electrical properties, at Absence of methane the resulting electromotive generated by the two thermocouples
ίο Kraft den Betrag Null. Jedwede Temperaturänderung der Gase der Umgebungsatmosphäre beeinflußt beide Thermoelemente in gleicher Weise, so daß sich die resultierende Thermoelementspannung nicht ändert, indem jede hierauf zurückgehende Änderung der Ausgangsgröße des Thermoelementes 11 durch eine entsprechende Änderung der Ausgangsgröße des Thermoelements 16 aufgehoben wird. Bei Anwesenheit von Methan hingegen nimmt die Temperatur des Widerstandes 10 und damit die von Thermoelementίο force the amount zero. Any change in temperature the gases of the ambient atmosphere affects both thermocouples in the same way, so that the resulting thermocouple voltage does not change by any resulting change in the Output variable of the thermocouple 11 by a corresponding change in the output variable of the Thermocouple 16 is canceled. In the presence of methane, however, the temperature of the decreases Resistance 10 and thus that of the thermocouple
ao 15 abgegebene elektromotorische Kraft relativ gegenüber der von dem Thermoelement 16 erzeugten zu.
Parallel zu der Reihenschaltung aus den beiden Thermoelementen 15 und 16 liegt ein Millivoltmeter
17, das nach Maßgabe der von den Thermoelementen
erzeugten resultierenden elektromotorischen Kraft erregt wird und in geeigneter Weise in Prozent Methangehalt
in der Umgebungsatmosphäre geeicht sein kann.
Parallel zu dem MiHivoltmeter 17 liegt ein Potentiometer 18, das an einer regelbaren Ausgangsanzapfung
19 ein Potential zur Betätigung eines im ganzen mit 20 bezeichneten EIN/AUS-Transistorverstärkers
(Schaltverstärkers) liefert. Der Verstärker wird weiter unten noch näher beschrieben und läßt eine rote
»Methane-Warnleuchte 21 aufleuchten, sobald der
Prozentgehalt der oberwadhten Atmosphäre anao 15 emitted electromotive force relative to that generated by the thermocouple 16 to. Parallel to the series connection of the two thermocouples 15 and 16 is a millivoltmeter 17, which is excited according to the resulting electromotive force generated by the thermocouples and can be suitably calibrated in percent methane content in the ambient atmosphere.
Parallel to the MiHivoltmeter 17 there is a potentiometer 18 which, at a controllable output tap 19, supplies a potential for actuating an ON / OFF transistor amplifier (switching amplifier) designated as a whole by 20. The amplifier is described in more detail below and causes a red methane warning light 21 to light up as soon as the percentage of the above atmosphere is on
Methan einen vorgegebenen aöben Wert übersteigt.Methane exceeds a specified value.
Die Warnleuchte 21 liegt im Kollektorkreis einesThe warning lamp 21 is located in the collector circuit of a
p-n-p-Verstärkertränsistors 22, dessen Kollektof-Emitter-Potential von einer Batterie 23 und dessen Basispotential vom Kollektorkreis 24 eines weiteren p-n-p-VerstärkertfansistOfs 25 geliefert werden. Der Kollektor-Emitter-Kreis dieses letztgenannten Transistors liegt ebenfalls an der Batterie 23, sein Basispotential wird von dem Kollektorkreis 26 eines p-n-p-Isolier- bzw. Trenntransistors 27 geliefert. Die Batterie 23 liefert wie für die übrigen Transistoren auch das Kollektor-Emitter-Poteiitial für den Tfatisistor27; das Basispotential dieses Transistors wird von der Ausgangsanzapfung 19 des Potentiometers 18 abgenommen.p-n-p amplifier drain transistor 22, whose collector-emitter potential from a battery 23 and its base potential from the collector circuit 24 of another p-n-p amplifier fansistOfs 25 can be supplied. Of the The collector-emitter circuit of this last-mentioned transistor is also connected to the battery 23, its base potential is supplied from the collector circuit 26 of a p-n-p isolating transistor 27. the As for the other transistors, battery 23 also supplies the collector-emitter potential for the Tfatisistor27; the base potential of this transistor is taken from the output tap 19 of the potentiometer 18 removed.
Die Basis des Transistors 25 ist elektrisch über einen Widerstand 28 mit dem Kollektorkreis des Transistors 22 verbunden; dies stellt eine positive Rückkopplung zur Erzielung der gewünschten EIN/AUS-Schaltwirkung dar, sobald die Basis des Transistors 25 ein vorgegebenes negatives Potential durchschreitet.The base of the transistor 25 is electrically connected via a resistor 28 to the collector circuit of the Transistor 22 connected; this provides positive feedback for achieving the desired ON / OFF switching action as soon as the base of the Transistor 25 crosses a predetermined negative potential.
In den Kollektorkreisen der Transistoren 25 bzw. 27 liegen Widerstände 29 bzw. 30 als Kollektorlastwiderstände. Resistors 29 and 30 are located in the collector circuits of transistors 25 and 27 as collector load resistors.
Im Betrieb treten bei Abwesenheit von Methan an den beiden Thermoelementen gleiche und entgegengesetzt gerichtete elektromotorische Kräfte auf, so daß in dem MiHivoltmeter 17 und in dem Potentiometer 18 kein Strom fließt. Das Potential der Anzapfung 19 und damit das Basispotential des Transistors 27 gegenüber dem Emitter des Transistors 27In operation, in the absence of methane, the two thermocouples appear the same and opposite directed electromotive forces, so that in the MiHivoltmeter 17 and in the potentiometer 18 no current flows. The potential of the tap 19 and thus the base potential of the transistor 27 opposite the emitter of transistor 27
ist somit Null; der Transistor 27 befindet sich daher im nichtleitenden Zustand. Die Basis des Transistors 25 liegt daher auf einem hohen negativen Potential, nämlich dem Potential der negativen Batterieklemme, gegenüber dem Emitter, so daß dieser Transistor leitet. Die Basis des Transistors 22 befindet sich daher auf einem niedrigen negativen Potential, bezogen auf das des Emitters; dieses Potential reicht nicht aus, um den Transistor 22 in den leitenden Zustand zu bringen. Die Methanwarnleuchte 21 wird daher nicht erregt.is thus zero; the transistor 27 is therefore in the non-conductive state. The base of the transistor 25 is therefore at a high negative potential, namely the potential of the negative battery terminal, opposite the emitter, so that this transistor conducts. The base of transistor 22 is therefore located at a low negative potential relative to that of the emitter; this potential is not enough to bring the transistor 22 into the conductive state. The methane warning light 21 is therefore not excited.
Nimmt der Methangehalt in der Gasatmosphäre einen von Null verschiedenen Wert an, so steigt infolge der Verbrennung des Methans an dem Heizelement 10 die Temperatur des Thermoelements 15 über die des Thermoelements 16, derart, daß an dem Potentiometer 18 und dem Millivoltmeter 17 eine resultierende thermoelektrische Spannung auftritt. Das Millivoltmeter 17 liefert eine Sichtanzeige des prozentualen Methangehalts; der Stromfluß durch das Potentiometer 18 bewirkt, daß das Potential an der Ausgangsanzapfung 19 auf einen negativen Wert gegenüber dem Emitter des Transistors 27 abfällt, derart, daß der Basis des Transistors 27 ein negatives Potential zugeführt wnxL Mit Zunahme dieses negativen Potentials wird der Transistor 27 leitfähig, und der Stromfluß in dem Kollektorkreis dieses Transistors nimmt in dem Maße zu, als das Basispotential negativer wird. Mit zunehmendem Kollektorstrom des Transistors 27 nimmt der Spannungsabfall an dem Kollektorlastwiderstand 30 zu, wodurch das Potential des Kollektors in Richtung auf das des Emitters ansteigt und das der Basis des Transistors 25 zugeführte negative Potential verringert wird.If the methane content in the gas atmosphere assumes a value other than zero, it increases as a result the combustion of the methane on the heating element 10, the temperature of the thermocouple 15 About that of the thermocouple 16, such that on the potentiometer 18 and the millivoltmeter 17 a resulting thermoelectric voltage occurs. The millivoltmeter 17 provides a visual indication of the percentage of methane; the flow of current through the potentiometer 18 causes the potential to be on the output tap 19 drops to a negative value with respect to the emitter of the transistor 27, such that the base of the transistor 27 is supplied with a negative potential wnxL as this negative potential increases The transistor 27 becomes conductive at potential, and the current flow in the collector circuit of this transistor increases as the base potential becomes more negative. With increasing collector current of the transistor 27 increases the voltage drop across the collector load resistor 30, whereby the Potential of the collector increases in the direction of that of the emitter and that of the base of the transistor 25 supplied negative potential is reduced.
Mit abnehmend negativem Basispotential des Transistors 25 nimmt apch der Kollektorstrom dieses Transistors aby wodurch gleichzeitig das der Basis des Transistors 22 zugeführte negative Signal zunimmt. Der Transistor 22 beginnt stromleitend zu werden, und die dadurch bedingte Zunahme des Kollektorpotentials unterstützt die Sperrung des Transistors 25 und entsprechend die Zunahme des Kollektorstroms des Transistors 22 bis zur Sättigung, sobald das Basispotential des Transistors 25 auf den einen vorgegebenen hohen Methangehalt anzeigenden Wert ansteigt. Die Methanwarnleuchte leuchtet somit unverzüglich auf und zeigt an, daß der vorgegebene hohe Prozentgehalt der Gasatmosphäre an Methan vorliegt.As the negative base potential of the transistor 25 decreases, the collector current decreases this Transistor aby whereby the negative signal supplied to the base of transistor 22 increases at the same time. The transistor 22 begins to conduct current, and the resulting increase in the Collector potential supports the blocking of the transistor 25 and accordingly the increase in the collector current of the transistor 22 to saturation as soon as the base potential of the transistor 25 to the one given high methane content increases. The methane warning lamp lights up immediately and indicates that the specified high percentage of methane in the gas atmosphere is present.
Fällt der Methangehalt nachfolgend unter den genannten hohen Wert ab, so nimmt auch der Stromfluß durch das Potentiometer 18 und damit das der Basis des Transistors 27 zugeführte negative Potential ab. Die dadurch bedingte Abnahme des Kollektorstroms des Transistors 27 führt zu einer Zunahme des negativen Basispotentials des Transistors 25, wodurch dieser in den leitenden Zustand gebracht wird. Die Zunahme seines Kollektorpotentials bewirkt eine Abnahme des Kollektorstroms des Transistors 22 und damit die Abschaltung der Methanwarnleuchte 21; die Zunahme des negativen Kollektorpotentials des Transistors 22 wirkt unterstüzend mit, die Stromleitung schnell von dem Transistor 22 auf den Transistor 25 umzulagern.If the methane content subsequently falls below the high value mentioned, the current flow also decreases through the potentiometer 18 and thus the negative potential supplied to the base of the transistor 27 away. The resulting decrease in the collector current of transistor 27 leads to an increase of the negative base potential of the transistor 25, as a result of which it is brought into the conductive state. The increase in its collector potential causes a decrease in the collector current of the transistor 22 and thus switching off the methane warning light 21; the increase in the negative collector potential of the Transistor 22 has a supporting effect, the current conduction quickly from transistor 22 to the transistor 25 to relocate.
Bei Ausfall eines der Thermoelemente 15 oder 16 fällt das Basispotential des Transistors 27 auf Null ab, wodurch jedes Aufleuchten der Methanwarnlampe 21 vermieden wird. Ferner kann bei Ausfall eines der Heizelemente 10 oder 11 kein Strom in den Thermoelementen, im Millivoltmeter und in dem Potentiometer fließen, so daß ein derartiger Ausfall ebenfalls nicht zu einem falschen Aufleuchten der Methanwarnlampe führen kann.If one of the thermocouples 15 or 16 fails, the base potential of the transistor 27 falls to zero which avoids any illumination of the methane warning lamp 21. Furthermore, if a of the heating elements 10 or 11 no current in the thermocouples, in the millivoltmeter and in the Potentiometer flow, so that such a failure also does not lead to false lighting of the Methane warning lamp.
Zur automatischen Anzeige jeder »Unterbrechung« in einem der Heizelemente 10 oder 11 ist eine Mittelanzapfung 31 eines an der Batterie 12 liegenden Spannungsteilers 32 über eine Anzeigeleuchte 33 für »Ausfall bzw. Störung der Heizvorrichtung« sowie über zwei parallel entgegengesetzt geschaltete Dioden 34, 35 mit einer Mittelleitung 36 verbunden, welche die beiden Heizelemente in Reihe miteinander verbindet. Unter normalen Betriebsbedingungen bewirkt das an den Dioden liegende Potential, daß lediglich ein vernachlässigbar kleiner Strom durch die Heizvorriehtungsausfall-Anzeigeleuchte fließt, die daher dunkel bleibt. Bei einer Unterbrechung in einem der Heizelemente hingegen tritt an den Dioden ein solches Potential auf, daß der demzufolge fließende Strom groß genug ist, um die Warnleuchte 33 aufleuchten zu lassen.A center tap is provided for the automatic display of every "interruption" in one of the heating elements 10 or 11 31 of a voltage divider 32 connected to the battery 12 via an indicator light 33 for "Failure or malfunction of the heating device" as well as via two diodes connected in parallel in opposite directions 34, 35 connected to a central line 36 which connects the two heating elements in series with one another. Under normal operating conditions, the potential across the diodes only causes negligible current through the heater failure indicator light flows, which therefore remains dark. If there is an interruption in one of the Heating elements, on the other hand, have such a potential at the diodes that the consequent flowing The current is large enough to light up the warning light 33.
Parallel zur oberen Hälfte des Spannungsteilers 32 liegt ein Druckknopfschalter 37, mit Hilfe dessen das volle Potential der Batterie 12 an die Dioden 34, 35 gelegt werden kann, um den Zustand der Warnleuchte 33 zu prüfen.Parallel to the upper half of the voltage divider 32 is a push-button switch 37, with the help of which the full potential of the battery 12 can be applied to the diodes 34, 35 to indicate the status of the warning light 33 to check.
Ein weiterer Druckknopfschalter 38 ist in dem Verstärker 20 so angeordnet, daß die Basis des Transistors 27 vorübergehend mit der negativen Klemme der Batterie 23 verbunden werden kann, um den Betriebszustand des Verstärkers und der Methanwarn' leuchte 21 zu prüfen.Another push button switch 38 is arranged in the amplifier 20 so that the base of the transistor 27 can be temporarily connected to the negative terminal of the battery 23 to the operating state of the amplifier and the methane warning light 21.
Der Transistor 27 dient zur Trennung der Verstärkertransistoren 25 und 22 von dem Potentiometer 18, um zu gewährleisten, daß die Methanwarnleuchte 21 nicht als Folge eines Ausfalls eines der Thermorelemente 15 oder 16 zum Aufleuchten gebracht wird.The transistor 27 serves to separate the amplifier transistors 25 and 22 from the potentiometer 18 to ensure that the methane warning light 21 is not the result of a failure of one of the thermocouples 15 or 16 is made to light up.
Die Aufeinanderfolge der Anschlußverbindungen zwischen den Transistoren in dem Verstärker 20 kann abgeändert werden, beispielsweise können die Methanwarnleuchte 21 und der Kollektorlastwiderstand 30 in ihrer Lage vertauscht, die Basis des Transistors 25 direkt mit der Ausgangsanzapfung 19 des Potentiometers 18 und die Basis des Transistors 27 mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden werden. Bei einer derartigen abgewandelten Schaltanordnung beeinflußt das Potential der Anzapfung 19 unmittelbar die Transistoren 25 und 22, während der Kollektorkreis des Transistors 22 direkt den Trenntransistor 27 zur Betätigung der Erregung der Methanwarnleuchte 21 steuert.The sequence of connections between the transistors in the amplifier 20 can can be modified, for example the methane warning lamp 21 and the collector load resistor 30 reversed in position, the base of the transistor 25 directly to the output tap 19 of the potentiometer 18 and the base of transistor 27 are connected to the collector of transistor 22. at Such a modified switching arrangement influences the potential of the tap 19 directly the transistors 25 and 22, while the collector circuit of the transistor 22 directly the isolating transistor 27 to actuate the excitation of the methane warning light 21 controls.
Das Millivoltmeter kann alternativ gegebenenfalls in den Kollektorkreis des Transistors 27 in Reihe mit dem Lastwiderstand 30 oder in den Kollektorkreis eines (nicht dargestellten) zusätzlichen Transistors gelegt werden, dessen Basispotential man von einem weiteren, parallel zu dem Potentiometer 18 liegenden Regelpotentiometer abnimmt.The millivoltmeter can alternatively, if necessary, in the collector circuit of the transistor 27 in series with the load resistor 30 or in the collector circuit of an additional transistor (not shown) are placed, the base potential of which is connected to another parallel to the potentiometer 18 Control potentiometer decreases.
Falls das Aufleuchten der Methanwarnlampe 21 schon bei einer niedrigen resultierenden Thermoelementspannung ausgelöst werden soll, die an der Anzapfung 19 eine negative Spannung hervorruft, welche niedriger ist als die, bei welcher der Transistor 27 leitend zu werden beginnt, so muß für ein vorgegebenes, konstantes negatives Vorspannungspotential an der Basis des Transistors 27 gesorgt werden, das ausreicht, um die MethanwarnleuchteIf the lighting of the methane warning lamp 21 is to be triggered at a low resulting thermocouple voltage that is applied to the Tap 19 produces a negative voltage which is lower than that at which the transistor 27 begins to become conductive, it must be for a given, constant negative bias potential at the base of transistor 27, sufficient to activate the methane warning light
schon bei der gewünschten niedrigen Netto-Thermospannung zum Aufleuchten zu bringen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein hoher Widerstand 39 vorgesehen sein, der die Ausgangsanzapfung 19 des Potentiometers 18 und damit die Basis des Transistors 27 mit der negativen Batterieklemme 23 verbindet und einen vorgegebenen Vorspannstromfluß im unteren Teil des Potentiometers 18 hervorruft.to light up even at the desired low net thermal voltage. To this Purpose, for example, a high resistor 39 can be provided, which the output tap 19 of the Potentiometer 18 and thus the base of transistor 27 connects to negative battery terminal 23 and causes a predetermined bias current flow in the lower part of the potentiometer 18.
In der Praxis wählt man für die auf Methan ansprechende Vorrichtung an Stelle der oben be- ίο schriebenen elementaren Ausbildung mit Element 10 und dem Thermoelement 15 eine technisch besser durchgebildete Ausführung, wie beispielshalber in den F i g. 2 und 3 gezeigt.In practice, the methane-responsive device is chosen instead of the one mentioned above Written elementary training with element 10 and the thermocouple 15 a technically better well-formed embodiment, as shown by way of example in FIGS. 2 and 3 shown.
Die auf Methan ansprechende Vorrichtung ist in den F i g. 2 und 3 als Ganzes mit 210 bezeichnet; sie weist ein als Ganzes mit 211 bezeichnetes Thermoelement mit zwei feinen Drähten 212, 213 aus Metallen unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit auf, die mit ihren Enden mittels Stumpfschweißung zu einer »heißen« Lötstelle 214 verbunden sind. Das Thermoelement ist in einer dünnwandigen Glasumhüllung 215 eingeschlossen; diese wird in der Weise hergestellt, daß man in ein Glasrohr von geeignet kleinem Querschnitt und Durchmesser zunächst das Thermoelement einführt und das Glasrohr sodann erhitzt, derart, daß die Glaswandung des Rohrs zum Erweichen kommt und sich eng anliegend um das Thermoelement herum anformt.The methane responsive device is shown in Figs. 2 and 3 denoted as a whole by 210; she has a thermocouple, designated as a whole as 211, with two fine wires 212, 213 Metals of different electrical conductivity, which with their ends by means of butt welding are connected to a "hot" solder joint 214. The thermocouple is in a thin-walled glass envelope 215 included; this is made in such a way that it can be put into a glass tube of suitable With a small cross-section and diameter, first insert the thermocouple and then the glass tube heated in such a way that the glass wall of the tube comes to soften and fits snugly around the Molded thermocouple around.
Auf der Außenseite der Glasumhüllung 215 ist eine Platindrahtheizwicklung 216 mittels einer Schicht aus einem hitzebeständigen Material 217 (beispielsweise aus Tonerde oder Glas) in solcher Lage befestigt, daß die Lötstelle 214 des Thermoelements in der Mitte zwischen den Enden der Heizwicklung liegt; das hitzebeständige Material 217 ist für Methan undurchlässig und verhindert damit eine Verdampfung des Platindrahtes im Betriebszustand der auf Methan ansprechenden Vorrichtung.On the outside of the glass envelope 215 is a platinum wire heating coil 216 by means of a layer made of a heat-resistant material 217 (for example made of clay or glass) attached in such a position, that the soldering point 214 of the thermocouple in the middle between the ends of the heating coil lies; the heat-resistant material 217 is impermeable to methane and thus prevents evaporation of the platinum wire in the operating state of the methane-responsive device.
Das hitzebeständige Material 217 weist einen Außenüberzug aus einem katalytischen Material 218 auf, das die Verbrennung des Methans an der Außenoberfläche des Gasspürelementes fördert.The heat-resistant material 217 has an outer coating made of a catalytic material 218 on, which promotes the combustion of the methane on the outer surface of the gas detection element.
Die auf Methan ansprechende Vorrichtung 210 wird in der aus F i g. 3 ersichtlichen Weise gehaltert, indem die Thermoelementdrähte 212, 213 an ihren Enden mechanisch und elektrisch mit elektrisch leitenden Halterungsstäben 219, 220 verbunden sind, die in einem elektrisch isolierenden, nicht porösen Basis- oder Fußteil 221 befestigt sind, durch welches sie als Anschlüsse für das Thermoelement hindurchführen. Zwei weitere elektrisch leitende Stäbe 222, 223, die ebenfalls in dem Fußteil 221 vorgesehen sind und durch es hindurchführen, dienen als Anschlüsse für die Heizwicklung 216, mit deren Enden sie mechanisch und elektrisch verbunden sind.The methane responsive device 210 is shown in the FIG. 3 obvious ways, by the thermocouple wires 212, 213 at their ends mechanically and electrically with electrically conductive Support rods 219, 220 are connected in an electrically insulating, non-porous Base or foot part 221 are attached, through which they pass as connections for the thermocouple. Two further electrically conductive rods 222, 223, which are also provided in the foot part 221 are and pass through it, serve as connections for the heating winding 216, with their ends they are mechanically and electrically connected.
Das Basisteil 221 weist einen äußeren Metallbund 224 und einen Becher bzw. Fingerhut 225 aus einem porösen gesinterten Metall (alternativ: aus Keramik) auf, der über die auf Methan ansprechende Vorrich- fio tung 210 gestülpt und an dem Metallbund 224 befestigt wird, indem eine Lippe 227 an dem Bund 224 in Eingriff mit einer Ausnehmung 226 an der Außenseite des Bechers gelangt.The base part 221 has an outer metal collar 224 and a cup or thimble 225 made of one porous sintered metal (alternatively: made of ceramic), which fio via the methane-responsive device device 210 is inverted and attached to the metal collar 224 by a lip 227 on the collar 224 engages a recess 226 on the outside of the cup.
Die Porosität des Sintermetallbechers 225 ist so gewählt, daß in der Gasatmosphäre außerhalb des Bechers vorhandenes Methan durch die Becherwandung mit solcher Gewindigkeit diffundiert, daß die darauffolgende Verbrennung des Methans an der Oberfläche der auf Methan ansprechenden Vorrichtung 210 mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die vom Prozentgehalt der Gasatmosphäre außerhalb des Bechers an Methan abhängt, ohne daß eine nennenswerte Druckänderung im Inneren des Bechers dadurch hervorgerufen wird.The porosity of the sintered metal cup 225 is chosen so that in the gas atmosphere outside the Bechers existing methane diffuses through the cup wall with such a thread that the subsequent combustion of the methane on the surface of the methane-responsive device 210 takes place at a rate that depends on the percentage of the gas atmosphere outside the Cup depends on methane without causing a significant change in pressure inside the cup is caused.
Den katalytischen Überzug 218 an der Außenseite der Schicht aus hitzebeständigem Material 217 erzeugt man durch wiederholte Aufbringung einer wäßrigen Lösung von Platin, Palladium und einem Beschleuniger, wie beispielsweise Aluminium, wobei nach jeder derartigen Aufbringung eine Trocknungsperiode eingeschaltet wird, während welcher das Element bei niedriger Temperatur gebrannt wird, indem man einen hohen Strom durch die Heizwicklung leitet. Nach mehrmaliger Aufbringung dieser Lösung ist die Schicht aus hitzebeständigem Material 217 mit einer Schicht von feinverteiltem katalytischem Material überzogen. Es hat sich ergeben, daß die Teilchengröße des katalytischen Stoffes um so kleiner und damit die aktive Oberfläche des katalytischen Materials zur Beschleunigung der Methanverbrennung um so größer ist, bei je niedrigerer Temperatur die Lösung getrocknet wird. Dementsprechend kann die gewünschte katalytische Wirkung bei einer niedrigeren Betriebstemperatur des katalytischen Materials erreicht werden. Dies gestattet die Verwendung eines niedrigeren Heizstroms und damit geringerer Heizleistung im Betrieb des Gasspürgerätes.The catalytic coating 218 is created on the outside of the layer of refractory material 217 one by repeated application of an aqueous solution of platinum, palladium and a Accelerators such as aluminum, after each such application a drying period is switched on during which the Element is burned at low temperature by passing a high current through the heating coil directs. After this solution has been applied several times, the layer of heat-resistant material 217 is also present coated with a layer of finely divided catalytic material. It has been found that the particle size the smaller the catalytic material and thus the active surface area of the catalytic material to accelerate methane combustion, the lower the temperature, the greater the Solution is dried. Accordingly, the desired catalytic effect can be achieved at a lower Operating temperature of the catalytic material can be reached. This allows the use of a lower heating current and thus lower heating output when the gas detector is in operation.
In den Fig. 2 und 3 ist die auf Methan ansprechende Vorrichtung 210 rechtwinklig zu dem isolierenden Basis- oder Fußteil 221 angeordnet dargestellt; die Halterungsstäbe für das Thermoelement können jedoch so angeordnet werden, daß sie die auf Methan ansprechende Vorrichtung in jeder beliebigen anderen Richtung, beispielsweise parallel zu dem Fußteil 221, haltern.In Figures 2 and 3, the one is methane responsive Device 210 is shown arranged at right angles to the insulating base or foot portion 221; however, the holding rods for the thermocouple can be arranged so that they are exposed to methane appealing device in any other direction, for example parallel to the foot part 221, hold.
Um »kalte« Lötstellen innerhalb des Bechers 225 an den Verbindungsstellen der Thermoelementdrähte mit den Halterungsstäben 219, 220 zu vermeiden, kann man bei einer abgeänderten Ausführungsform die Halterungsstäbe 219, 220 fortlassen und die Thermoelementdrähte, die dann als Halterungsstäbe für die gesamte Anordnung 210 dienen, durch das Fußteil 221 herausführen.Around "cold" solder points inside the can 225 at the connection points of the thermocouple wires with the support rods 219, 220 can be avoided in a modified embodiment omit the support rods 219, 220 and the thermocouple wires, which are then used as support rods serve for the entire arrangement 210, lead out through the foot part 221.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel diffundiert die außerhalb der Umhüllung (d. h. des Bechers 225 und des Fußteiles 221) befindliche Gasatmosphäre nur durch den porösen Becher; nach einer abgewandelten Ausführungsform weist die Umhüllung ein poröses Fußteil sowie einen Becher auf, der aus einem nicht porösen Rohr und einer das Rohr an der freien Stirnseite abschließenden porösen Scheibe besteht. Bei dieser Ausführung der Umhüllung kann die Diffusionsgeschwindigkeit der Gase durch die Umhüllung hindurch während der Herstellung in einfacher Weise dadurch geregelt werden, daß man die stirnseitige Verschlußscheibe und das Fußteil entsprechend abschleift, um ihre Dicken auf den gewünschten Wert zu bringen.In the embodiment shown, the outside of the envelope (i.e., the cup 225 and the foot part 221) located gas atmosphere only through the porous cup; after a modified one Embodiment, the envelope has a porous foot part and a cup, which consists of a non-porous tube and a porous disk closing off the tube at the free end face. In this embodiment of the envelope, the diffusion rate of the gases through the envelope can be controlled through during manufacture in a simple manner that the end-face locking disc and the foot part grinds accordingly to their thicknesses on the desired Bring value.
Bei der Herstellung der auf Methan ansprechenden Vorrichtung kann die Erhitzung des Glasrohrs, durch welche die Rohrwandung eng um das Thermoelement herum angeformt werden soll, gegebenenfalls unterbleiben, sofern der Innendurchmesser des Glasrohrs genügend klein ist, um einen ausreichenden Reibungswiderstand zwischen dem Glasrohr und dem Thermo-In the manufacture of the methane-responsive device, the heating of the glass tube can be carried out by which the pipe wall is to be molded tightly around the thermocouple, possibly omitted, provided that the inner diameter of the glass tube is small enough to provide sufficient frictional resistance between the glass tube and the thermal
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element zu gewährleisten, derart, daß das Thermoelement in der gewünschten räumlichen Lage bezüglich der Heizwicklung gehalten wird.element to ensure such that the thermocouple in the desired spatial position with respect to the heating coil is held.
Falls die Heizwicklung 16 statt aus Platin aus einem anderen Material besteht, das keiner Verdampfung unterliegt, wenn Methan an seiner Oberfläche verbrennt, oder falls die auf Methan ansprechende Vorrichtung zur Verwendung in Gasatmosphären mit einem solchen Methangehalt bestimmt ist, daß die Verdampfung des Platindrahtes unerheblich ist, so kann die Schicht aus hitzebeständigem Material 217 fortgelassen und der Überzug aus katalytischem Material 218 unmittelbar auf die Heizwicklung aufgebracht werden.If the heating coil 16 consists of another material instead of platinum that does not vaporize subject if methane burns on its surface, or if the methane-responsive one Device for use in gas atmospheres with such a methane content is intended that the Evaporation of the platinum wire is insignificant, the layer of heat-resistant material 217 omitted and the coating of catalytic material 218 applied directly to the heating coil will.
Gasspürvorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art können auch zur Aufspürung anderer brennbarer Gase verwendet werden, vorausgesetzt, daß die für sie verwendeten katalytischen Stoffe ihrer Natur nach auch die gewünschte Verbrennung der aufzuspürenden (anderen) Gase fördern. Für verschiedene Gase können jeweils verschiedene katalytische Stoffe erforderlich sein, beispielsweise kann in Fällen, wo Wasserstoff nachgewiesen werden soll, ein Überzug aus feinverteiltem Palladium als Schicht aus katalytischem Material Anwendung finden.Gas detection devices of the type described above can also be used to detect other combustible Gases are used provided that the catalytic materials used for them are of their nature also promote the desired combustion of the (other) gases to be detected. For different Gases may each require different catalytic substances, for example in cases where Hydrogen is to be detected, a coating of finely divided palladium as a layer of catalytic Find material application.
Als technisch besser durchgebildete Ausführungsform der auf Methan ansprechenden Vorrichtung nach F i g. 1 kann alternativ auch eine Ausführungsform, wie in F i g. 4 und 5 gezeigt, Anwendung finden. As a technically better developed embodiment of the methane-responsive device according to FIG. 1 can alternatively also be an embodiment as shown in FIG. 4 and 5 apply.
In den Fig. 4 und 5 ist die auf Methan ansprechende Vorrichtung als Ganzes mit 300 bezeichnet; sie weist ein als Ganzes mit 301 bezeichnetes Thermoelement mit zwei feinen Drähten 302, 303 auf, die an einer Stoß- bzw. Lötstelle 304 verbunden sind. Diese ist in der Mitte eines einseitig verschlossenen röhrenförmigen Teils 305 aus Tonerde angeordnet; die Thermoelementdrähte sind durch Öffnungen 306, 307 in der abgeschlossenen Stirnseite des röhrenförmigen Teils zur Verbindung mit (nicht dargestellten) elektrisch leitenden Halterungsstäben nach außen geführt. Das röhrenförmige Teil ist mit einer Tonerdezementfüllung 308 versehen, m welcher die Thermoelementlötstelle 304 zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs zwischen dem röhrenförmigen Teil und der Thermoelementlötstelle eingebettet ist.In Figures 4 and 5, the methane responsive device is designated as a whole at 300; it has a thermocouple, designated as a whole as 301, with two fine wires 302, 303, which are connected to a butt or soldering point 304 are connected. This is in the middle of a tube-shaped closed on one side Part 305 made of alumina; the thermocouple wires are through openings 306, 307 in the closed end face of the tubular part for connection to electrical (not shown) conductive support rods led to the outside. The tubular part is filled with alumina cement 308 provided, which the thermocouple soldering point 304 to achieve good heat transfer is embedded between the tubular member and the thermocouple junction.
An seiner Außenseite trägt das röhrenförmige Teil 305 eine Platindrahtheizwicklung 309, die durch eine Schicht aus nicht porösem hitzebeständigem Material in solcher Lage befestigt ist, daß die Lötstelle des Thermoelements in der Mitte zwischen den Enden der Heizwicklung liegt. Das hitzebeständige Material 310 ist für Methan undurchlässig und verhindert somit den Zutritt von Methan und die dadurch bedingte Beeinträchtigung der Heizwicklung, die sich ansonsten im Betriebszustand ergäbe.On its outside, the tubular part 305 carries a platinum wire heating coil 309, which is through a Layer of non-porous heat-resistant material is attached in such a position that the soldering point of the Thermocouple is located in the middle between the ends of the heating coil. The heat-resistant material 310 is impermeable to methane and thus prevents the access of methane and the associated methane Impairment of the heating coil, which would otherwise result in the operating state.
Die Schicht aus dem nicht porösen hitzebeständigen Material 310 ist außen mit einer Schicht 311 aus einem porösen Tonerdezement versehen, auf welche — entsprechend wie auf die Schicht aus hitzebeständigem Material 217 bei der früher beschriebenen methanempfindlichen Vorrichtung 210 — wiederholt die das katalytische Material enthaltende Lösung aufgebracht wird, wodurch auf ihrer Oberfläche ein Überzug aus feinverteiltem katalytischem Material gebildet wird.The layer of the non-porous heat-resistant material 310 is made of a layer 311 on the outside a porous high-alumina cement, on which - correspondingly as on the layer of heat-resistant Material 217 in the previously described methane sensitive device 210 - repeated the solution containing the catalytic material is applied, whereby a Coating of finely divided catalytic material is formed.
Diese zweite Ausführungsform einer auf Methan ansprechenden Vorrichtung ist in ähnlicher Weise, wie in F i g. 3 gezeigt, in einer Kapsel angeordnet, in welche in der Gasatmosphäre außerhalb der Kapsel vorhandenes Methan eindiffundieren kann.This second embodiment of a methane responsive device is similar in as in Fig. 3, arranged in a capsule, in which in the gas atmosphere outside the capsule existing methane can diffuse in.
Die bei der Beschreibung von Fig. 1 zugrunde gelegte rudimentäre Temperaturkompensationseinrichtung mit dem Element 11 und dem Thermoelement wird in der Praxis in einer technisch besser durchgebildeten Ausführung verwendet; diese entspricht im ganzen weitgehend der jeweils verwendeten speziellen Form der auf Methan ansprechenden Vorrichtung oder 300, mit der Ausnahme, daß kein katalytisches Material nach Art von 218 oder 311 vorgesehen wird. In dieser Weise ist sichergestellt, daß die auf Methan ansprechende Vorrichtung und die Temperaturkompensationsvorrichtung auf Temperaturänderungen in der zu überwachenden Gasatmosphäre im wesentlichen gleich ansprechen.The rudimentary temperature compensation device on which the description of FIG. 1 is based with the element 11 and the thermocouple is technically better trained in practice Execution used; on the whole, this largely corresponds to the special one used in each case Form of methane-responsive device or 300, except that no catalytic Material like 218 or 311 is provided. This ensures that the methane responsive device and the temperature compensating device for temperature changes respond essentially the same in the gas atmosphere to be monitored.
Claims (12)
USA.-Patentschrift Nr. 2 923 603;
britische Patentschrift Nr. 636 647.Considered publications:
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British Patent No. 636,647.
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